物联网的实施及其对安全性的关键要求

作者：Maxim Integrated能源方案组主管Kristopher Ardis

关于物联网(IoT)，Google搜索结果表明众多的智能设备在不远的将来即可彼此通信，并在没有人为干预的前提下决定世界如何运作。互联网的梦幻故事让我们相信，在未来的某个时间，地球上的每个原子都可以进行“网上聊天”。听起来似乎很遥远，完全脱离现实，但IoT已确实存在，其表现形式就是智能电网。

智能电网已经打破IoT的梦幻色彩，开始提供实用价值。本文将讨论智能电网为什么摆脱了人们对IoT的普遍幻想，介绍如何实施IoT，以更好地管理有限资源，我们还将讨论IoT对安全性的关键要求。


为了开发IoT的真正潜能，监测、控制地球资源的传感器网络需要严格的安全保障

IoT——幻想与现实

IoT设想的蓝图很壮观：地球上的一切事物智能化，彼此之间能够通信。理想远大，但不切实际。如果汽车上的每个运动部件都能够监测自身，并提供可预测性维护，这将会是什么情景？想必是一幅视觉盛宴。如果房屋的一砖一瓦都能与手机通信，它们可能会告诉我们那块砖头已经脱落，但这是科学技术发展的实际价值吗？

IoT幻想数以百万的“智能”设备有可能会连接在一起并进行通信，据此控制我们周围的世界。是的，脱落的砖头会通知本地的泥瓦匠过来进行修缮，通知HVAC增大供热。但这种IoT应用在我们有生之年很可能还不会实现。为什么？

只有具备两个条件，才可能实现IoT：联通无数节点的能力，以及高性价比的嵌入式处理器，以便安装到众多设备上。我们接下来讨论这两个条件。

IoT的第一个支撑条件是当前众多的网络技术，例如：ZigBee、Bluetooth LE，这样的无线技术允许传感器远端接入网络，提供相关的状态信息。IPv6技术提供了足够多的唯一地址(理论上讲，数量达到3.4 x 1038)，地球上每个设备均可拥有一个唯一的地址。地球上的每个人可能拥有无数个具有唯一地址的传感器，我们不会耗尽地址空间。

IoT的第二个支撑技术是集成技术的不断提升。但我们需要面对现实：硅是有成本的。IoT涉及的电路包括：连接现实世界连接的测量元件和分享信息的通信元件。以智能电网为例，为了实现智能电网的全部功能，电网传感器需要根据收集的数据做出决策，或者根据云端的决策采取行动。在分布式节点实现如此高的智能化需要成本。

关于IoT的设想与现实的平衡点在于投资回报(ROI)，我们拥有实现智能世界的技术，但这样做的经济意义在哪里？我们为什么要为一块“智能砖头”买单？在我们的有生之年，不会实现完全智能的世界——无处不在的IoT。但IoT将在经济回报的前提下，逐步地在特定的应用领域实现，这些领域的高成本附加技术有助于改善我们的现实世界。

率先成为现实的IoT：智能电网

智能电网为当前IoT部署提供了强有力的例证，采用先进的传感器，为我们提供能量管理的先进平台。同时，智能电网也为我们展示了IoT固有的挑战和风险。

首先从智能电表讲起。近几年，美国电力公司已经安装了固态电表，能够以近乎实时的方式报告能耗数据。其它许多国家也正在部署智能电表网络，智能电表允许消费者访问其能耗数据，从而更好地管理用电。

对于电力公司，智能电表的ROI很难计算，但其所带来的益处是显而易见的：由于电表自动报告数据，大幅降低了数据收集（抄表）成本；根据用电情况作出快速反应，降低停工带来的收入损失；更好地监测窃电行为；采用分时计价，更好地将实际发电成本与能耗挂钩。

智能电网预期产生的利益远远超过智能电表本身的成本。智能电网也以监测输电线路、管理变电站、微电站(例如太阳能或风能)并网、采用大型电池等技术为中心。这些技术将允许电力公司快速判断导致电力过度消耗的原因，更好地管理电力，确保用户的稳定供电，从而尽可能避免或延缓建立新电厂，节省费用。电力公司在整个过程中的ROI是显而易见的：设备正常运转时间更长、降低开发投入、效率更高。对于电力公司而言，太阳能、风能和储能技术的ROI并不十分明显，但迫于对这些技术整合的政策压力(以及规范要求)，电力公司除了投资之外，其它选择少之又少。

智能电网是一种嵌入式机器的IoT网络，这些设备检测、控制地球的能源利用，在很大程度上依赖于机器之间的互动，以更高的效率利用资源。

智能电网IoT的启示

正在部署的智能电网给我们带来许多启示。如果没有可接受的ROI，就不可能实施IoT。IoT应逐步部署，应该具备预测未来应用的灵活性。除了效率或经济因素，还要考虑到如果没有足够的安全性，IoT将成为影响每个人的技术灾难。

安全性的关键角色

我们正走在通向智能电网的大道上。美国大约一半的家庭已经拥有先进、具备通信功能的电表，全球范围的电力公司正在安装控制分布式自动化供电管理设备。自来水、天然气公司也开始投资上马类似项目。尽管这一市场的势头强劲、发展很快，但系统的安全性存在根本缺陷。

对于不法分子，智能电网成为他们获利的巨大目标，如果这些恶意组织介入智能电网，将造成灾难性的后果。通过控制电力公司的通信网络，他们可能发起攻击，例如，漏报用电量，或伪造传感器数据，诱发电力中断。

安全性是当今智能电网的热门话题，技术上也取得了一定进展。现在，大多数通信采用标准加密算法，例如AES-128，以保护电力网络的数据和命令传输。然而，令人担忧的是，缺乏解决密匙保护或嵌入式智能电网设备使用期限管理的安全标准。这种局面非常危险，加密算法是确保通信网络安全的良好开端，但缺乏密匙和有效期的安全管理意味着这些因素很可能成为下一攻击目标，攻击者可能通过对智能电表进行物理侦测获得通信密匙。